Vitesse d une réaction chimique (2)

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1 Exercice 1 A t=0 s et à une température constante, On mélange un volume V 1 d une solution (S 1 ) de péroxodisulfate de potassium K 2 S 2 O 8 de concentration molaire C 1 et un volume V 2 d une solution (S 2 ) d iodure de potassium KI de concentration molaire C 2, avec C 2 =2 C Écrire les équations des deux demi-réactions, déduire l équation bilan. 2- A l instant t=0, le mélange des deux solutions, de volume total V= 1 L, contient n 01 =10mmol d ions peroxodisulfate et n 02 =20 mmol d ions iodures. a- Dresser le tableau d évolution du système chimique. b- Déterminer [S 2 O 8 2- ] 0 et [I - ] 0, concentrations molaires initiales respectives des ions peroxodisulfates et les ions ions iodures dans le mélange. Déduire C 1 et C A la date t=0, on divise le mélange précédent en 10 prélèvements identiques. Pour déterminer la quantité de matière de diiode formé à une date t>0, on refroidit l un des prélèvements en y versant de l eau glacée puis on dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium (Na 2 S 2 O 3 ) de concentration molaire C 3 =.10-2 mol.l -1. La réaction de dosage, rapide et totale, est 2S 2 O I 2 S O I - ce qui a permis de tracer la courbe de variation de la concentration molaire de diiode en fonction du temps (voir fig 1). a- Pourquoi refroidit-on chaque prélèvement? quel(s) facteur(s) cinétique(s) met on en évidence? b- Calculer le volume V 3 de la solution de thiosulfate de sodium nécessaire pour doser la quantité de diiode I 2 formé dans un prélèvement à la date t 2 =0 min. - Calculer la concentration molaire théorique de diiode à la fin de la réaction. Ce résultat est il en accord avec le résultat expérimental? 5- Calculer en mmol.l -1.min -1 : a- La vitesse volumique moyenne (V vol ) moy de la réaction entre les dates t 1 =0 et t 2 =0 min. b- La vitesse volumique à la date t 2 =0 min. 6- On répète l expérience précédente à la même température mais avec une concentration en ions peroxodisulfate plus grande, tracer, sur le même graphe, l allure de la courbe de variation de la concentration de diiode au cours du temps. 10 [I 2 ] (mmol.l -1 ) 8 6 Fig Exercice 2 : Bac 2005 I-/ L oxydation des ions iodures par les ions peroxodisulfates est totale et lente 1- Écrire les équations des deux demiréactions ainsi que l équation bilan de la réaction. II-/ Expérience 1 : Solution de KI K 2 S 2 O 8 On dispose de deux béchers (A) et (B) : C 1 =0.05 mol.l -1 C 2 =0.0 mol.l -1 A la date t=0 on mélange les contenus des V 1 = 100 ml V 2 = 100 ml deux Cours En Ligne Pour s inscrire : Page 1 sur 5

2 béchers. 1- Quelle est la couleur prise par le mélange. Préciser comment évolue cette couleur au cours du temps. 2- Lequel des deux caractères de la réaction lente ou totale est confirmée par cette observation? 3- On effectue régulièrement, à partir du mélange réactionnel, un prélèvement de 10 ml au quel on ajoute l eau glacée puis on y détermine la quantité de diiode formée à l aide d un dosage approprié, ceci permet de tracer la courbe de [I - ] = f(t). a- Préciser si t correspond à : - La date à laquelle est effectuée la dilution du prélèvement avec l eau glacée. - La date à laquelle l équivalence est atteinte au cours du dosage. b- A partir du graphe, déduire le réactif en défaut. c- Déterminer la vitesse volumique de la réaction à la date t=0. III-/ Expérience 2 : On refait l expérience 1 en ajoutant dans le bécher (A) 1,652g d iodure de potassium sans modification de volume et à une date t=0 on mélange les contenus des deux béchers.dans le cadre de l expérience 2 il est question de tracer la courbe de [I - ] = f(t) sur la même figure pour cela il est demandé au candidat de : 0,025 [I - ](mol.l -1 ) 1- Faire le calcul nécessaire. 2- De comparer en le justifiant les vitesses volumiques initiales des deux expériences. 3- De tracer la courbe. 600 t(s) Exercice 3 : On prépare, dans un bécher, un volume V 1 = 25,0 ml d'une solution S, d'iodure de potassium de concentration C 1 et dans un autre bécher, on place un volume V 2 = 25,0 ml d'une solution S 2 d'eau oxygénée acidifiée de concentration C 2. À la date t = 0s, on mélange les contenus des 2 béchers et on agite, la réaction lente et totale qui se produit est d équation : H 2 O 2 + 2H 3 O + + 2I - H 2 O + I 2. Pour étudier la cinétique de cette réaction on prépare des prélèvements identiques de volume V p =5 ml chacun et on dose la quantité de H 2 O 2 restante dans chaque prélèvement par une solution de permanganate de potassium KMnO en milieu acide de concentration molaire C=0,5 mol.l -1. Soit V : le volume de la solution de KMnO nécessaire pour obtenir l équivalence. L équation n(h de la réaction de dosage rapide et totale s écrit : 2 O 2 )(10 - mol) 2 MnO H 2 O H 3 O + 2 Mn 2+ + O H 2 O Les résultats de dosage ont permis de tracer le graphe d évolution de la quantité de matière d eau oxygénée restante (voir figure-1-). 1- a- Donner la définition d une réaction totale. b- Prélever du graphe la quantité de matière initiale de l eau oxygénée dans chaque prélèvement. c- Dresser le tableau d avancement de la réaction en utilisant les quantités de matière initiales dans chaque prélèvement et en considérant que les ions hydronium H 3 O + sont en excès. d- En utilisant le graphe, préciser le réactif limitant. calculer la quantité de matière initiale des ions iodures dans Cours En Ligne Pour s inscrire : Page 2 sur 5

3 chaque prélèvement. e- Déduire la concentration molaire de l eau oxygénée et des ions iodures dans le mélange. Calculer alors C 1 et C a- Définir la vitesse d une réaction chimique et établir son expression en fonction de dn(h 2O 2 ). dt b- Calculer la vitesse maximale de la réaction. c- Définir la vitesse volumique moyenne de la réaction et calculer sa valeur entre les instants t 1 =0min et t 2 =15min. 3- On réalise trois expériences suivant les différentes conditions expérimentales précisées dans le tableau cicontre : A l aide de moyens appropriés, on suit la variation du nombre de moles de H 2 O 2 restant en fonction du temps t au cours de chacune des trois expériences réalisées. Les résultats obtenus sont représentés par le graphe de la figure-2- (page à compléter et à remettre avec la copie). Expérience n 0 (H 2 O 2 )(10 - mol) n 0 (I - )(10 - mol) 2,5 2,5 1,5 T( C) Catalyseur(Co 2+ ) sans avec sans n 0 (H 3 O + )(10 - mol) excès excès excès a- Donner la définition d un catalyseur. b- Attribuer, en le justifiant les courbes (a) et (b) aux expériences correspondantes. c- Tracer l allure de la courbe d évolution de n(h 2 O 2 ) au cours du temps correspondant à l expérience restante. n(h 2 O 2 )(10 - mol) 5 Courbe a Courbe b Exercice : 10 Au cours d un devoir de travaux pratiques de cinétique chimique, il est demandé à trois candidats E 1 ; E 2 et E 3 de réaliser, à température constante 1 et à un instant t=0, le mélange d une solution (S 1 ) d iodure de potassium KI de concentration molaire C 1 et de volume V 1 =200 ml et d une solution (S 2 ) de peroxodisulfate de potassium K 2 S 2 O 8 de concentration molaire C 2 et de volume V 2 = V 1. Les candidats doivent répartir le mélange sous forme de prélèvements identiques de volume V afin de les doser par une solution de thiosulfate de sodium Na 2 S 2 O 3 de concentration molaire C 3 =0,2 mol.l -1 pour suivre l évolution de la réaction de réduction des ions iodures I - par Cours En Ligne Pour s inscrire : Page 3 sur 5

4 les ions peroxodisulfates S 2 O A l instant prévu t, ils versent de l eau distillée glacée dans l un des prélèvements puis ils dosent la quantité de matière de diiode formé. Il est demandé au candidat : - E 1 de tracer la courbe d évolution de l avancement x au cours du temps.( fig 1 Page 3 à compléter et à remettre avec la copie) - E 2 de tracer la courbe d évolution de la concentration molaire de diiode formé au cours du temps. (fig 2 Page 3) - E 3 de tracer la courbe d évolution de la quantité de matière de l ion iodure au cours du temps. (fig3 Page 3). 1- Ecrire les équations des deux demi réactions ainsi que l équation bilan de la réaction des ions iodures avec les ions peroxodisulfates. 2- Dresser le tableau d évolution de la réaction précédente en utilisant n 0 (I - ) quantité de matière initiale des ions iodures et n 0 (S 2 O 8 2- ) quantité de matière initiale des ions peroxodisulfates. 3- D après le graphe de la figure : - 1, prélever la valeur de l avancement final. - 2, prélever la valeur de la concentration molaire finale de diiode et déduire le volume V de chaque prélèvement. - 3, prélever la quantité de matière finale des ions iodures. Préciser le réactif limitant et déduire n 0 (I - ) et n 0 (S 2 O 8 2- ). - Trouver C 1 et C a- Faire un schéma annoté du dispositif du dosage. b- Ecrire l équation de la réaction de dosage puis calculer le volume V 3 de thiosulfate de sodium versé à l équivalence à t=t 1 (voir fig 3). 6- a- Définir la vitesse instantanée d une réaction chimique. b- Donner l expression de la vitesse instantanée établie par chaque candidat pour déterminer sa valeur à partir du graphe qui l a tracé. c- Déterminer la valeur de la vitesse maximale calculée par chaque candidat. 7- Pour étudier l effet des facteurs cinétiques sur la vitesse de la réaction étudiée, il est demandé au candidat : - E 1 d ajouter quelques gouttes d une solution de sulfate de fer II dans le mélange et de répéter l expérience. - E 2 de dissoudre une masse m d iodure de potassium dans le mélange (sans variation de volume) et de répéter l expérience. - E 3 de répéter la même expérience mais à une température 2 > 1. a- Donner la définition d un catalyseur. b- Tracer sur le même graphe, l allure de la courbe obtenue lors de la deuxième expérience pour chaque candidat. Cours En Ligne Pour s inscrire : Page sur 5

5 x(10 - mol) n(i - ) (10 - mol) Fig 1 16 Fig [I 2 ] (mol.l -1 ) 0,0 8 Fig t 1. Cours En Ligne Pour s inscrire : Page 5 sur 5